步進電機驅(qū)動與控制

關(guān)于步進電機驅(qū)動與控制以反應(yīng)式為例說明步進電機的結(jié)構(gòu)和原理通常按勵磁方式分為三大類：1）反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無繞組，定轉(zhuǎn)子開小齒、步距小。應(yīng)用最廣。2）永磁式：轉(zhuǎn)子的極數(shù)=每相定子極數(shù)，不開小齒，步距角較大，力矩較大。3）感應(yīng)子式(混合式)：開小齒，混合反應(yīng)式與永磁式優(yōu)點：轉(zhuǎn)矩大、動態(tài)性能好、步距角小。步進電機的種類：第2頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

下面以反應(yīng)式步進電機為例說明步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。三相反應(yīng)式步進電動機的原理結(jié)構(gòu)圖如下：ABCIAIBIC

定子內(nèi)圓周均勻分布著六個磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩個相對的繞組組成一相。采用Y連接，轉(zhuǎn)子有四個齒。定子轉(zhuǎn)子第3頁,共23頁，2024年2月25日，星期天1.工作原理

由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會在磁力線扭曲時產(chǎn)生切向力，而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

現(xiàn)以ABCA的通電順序，使三相繞組

輪流通入直流電流，觀察轉(zhuǎn)子的運動情況。BCIAIBIC第4頁,共23頁，2024年2月25日，星期天1.三相單三拍CA'BB'C'A3412

A相繞組通電，B、C相不通電。氣隙產(chǎn)生以A-A為軸線的磁場，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過，故電動機轉(zhuǎn)子受到一個反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1、3齒與A、A′極對齊?！叭唷敝溉嗖竭M電機；“單”指每次只能一相繞組通電；“三拍”指通電三次完成一個通電循環(huán)。第5頁,共23頁，2024年2月25日，星期天CA'BB'C'A3412

同理，B相通電時，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過30

角，2、4齒和B、B′

磁極軸線對齊；當C相通電時，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過30

角，1、3齒和C′、C磁極軸線對齊。1C'342CA'BB'A第6頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

這種工作方式下，三個繞組依次通電一次為一個循環(huán)周期，一個循環(huán)周期包括三個工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。

按ABCA……的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動起來。每一拍轉(zhuǎn)過30°(步距角)，每個通電循環(huán)周期(3拍)磁場在空間旋轉(zhuǎn)了360°而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90°(一個齒距角)。2.三相六拍

按AABBBCC

CA的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制特性。第7頁,共23頁，2024年2月25日，星期天CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與A、A'對齊。

A、B相同時通電，A、A'磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15

，到達左圖所示位置。第8頁,共23頁，2024年2月25日，星期天CA'BB'C'A3412

B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒與B、B′對齊,又轉(zhuǎn)過15

。3412CA'BB'C'AB、C相同時通電，C'、C

磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15

。第9頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

三相反應(yīng)式步進電動機的一個通電循環(huán)周期如下：AABBBCC

CA，每個循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15（步距角），一個通電循環(huán)周期(6拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90

(齒距角)。

與單三拍相比，六拍驅(qū)動方式的步進角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。3.三相雙三拍

按AB

BC

CA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時通電。第10頁,共23頁，2024年2月25日，星期天步進電機通過一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。N:一個周期的運行拍數(shù),即通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)如：Zr=40,N=3時

步距角拍數(shù)：N=kmk=1單拍制2雙拍制m:相數(shù)第11頁,共23頁，2024年2月25日，星期天驅(qū)動控制器構(gòu)成第12頁,共23頁，2024年2月25日，星期天不同頻率時繞組電流波形頻率較低時頻率較高時第13頁,共23頁，2024年2月25日，星期天單電壓放大電路最理想的電流波形就是矩形波。電路時間常數(shù)：τ=L/(Ra+r)第14頁,共23頁，2024年2月25日，星期天高低電壓驅(qū)動第15頁,共23頁，2024年2月25日，星期天恒流斬波驅(qū)動原理圖與電流波形Uf是步進電機控制脈沖。第16頁,共23頁，2024年2月25日，星期天四細分驅(qū)動第17頁,共23頁，2024年2月25日，星期天細分時合成磁勢第18頁,共23頁，2024年2月25日，星期天細分驅(qū)動電路第19頁,共23頁，2024年2月25日，星期天環(huán)形分配器——軟環(huán)形分配器

第20頁,共23頁，2024年2月25日，星期天硬件環(huán)形分配器——CH250CH250引腳定義CL和EN端均可作為脈沖的輸入端。當脈沖由CL端輸入時，EN端必須接1，脈沖上升沿有效。當脈沖由EN端輸入時，CL端必須接0，脈沖下降沿有效